Pengaruh Penggunaan Inverter Variable Speed Drive (VSD) Terhadap Kinerja Motor Induksi Tiga Fasa

(1)

PENGARUH PENGGUNAAN INVERTER VARIABLE SPEED DRIVE (VSD) TERHADAP KINERJA MOTOR INDUKSITIGA FASA (Aplikasi Pada Laboratorium Motor Listrik Pusat Pengembangan dan

Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan)

Diajukan untuk memenuhi persyaratan

menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemaen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh

Novenri Ambarita

100402080

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

(2)

(3)

ABSTRAK

Hampir 70 % energi yang dihasilkan pembangkit dikonsumsi oleh

motor-motor listrik. Penggunaan motor-motor induksi pada industri maupun pabrik-pabrik lebih

menguntungkan dibandingkan motor DC maupun sinkron, salah satu

keuntungannya adalah perawatan mudah dan efisiensi tinggi.

Pada mesin-mesin di industri pengaturan kecepatan mutlak dibutuhkan.

Seiring dengan perkembangan elektronika daya, hal ini menjadi sangat mudah

untuk dilakukan, yaitu dengan menyuplai motor dengan inverter variable speed

drive (VSD). Dengan suplai inverter variable speed drive, pengaturan kecepatan

motor sangat mungkin untuk dilakukan yaitu dengan mengatur frekuensi

tegangan.

Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh penggunaan inverter

variable speed drive terhadap kinerja motor induksi tiga fasa. pengujian dilakukan

pada frekuensi 50 hz (frekuensi jala-jala), 30, 35, 40, 45, 50 Hz (frekuensi

inverter) dan motor dibebani sebesar 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3 Nm. Dari penelitian

yang dilakukan diperoleh kesimpulan antara lain, penggunaan inverter variable

speed drive mengakibatkan rugi-rugi motor semakin besar dan motor

menghasilkan suara yang lebih berisik. Pada frekuensi yang sama (50 Hz)

efisiensi motor lebih baik saat disuplai langsung dari jala-jala.

(4)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas

rahmat dan karunia yang dilimpahkan-Nya kepada penulis, sehingga penulis dapat

menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “PENGARUH PENGGUNAAN

INVERTER VARIABLE SPEED DRIVE (VSD) TERHADAP KINERJA

MOTOR INDUKSI TIGA FASA”. Penulisan tugas akhir ini merupakan salah

satu persyaratan untuk menyelesaikan studi dan memperoleh gelar sarjana Teknik

di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Selama masa perkuliahan sampai masa penyelesaian tugas akhir ini,

penulis banyak memperoleh bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak.

Penulis menyadari betul setiap berkat, doa, motivasi, dan bimbingan yang penulis

peroleh selama proses tersebut. Untuk itu, dengan setulus hati penulis

menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si, selaku Ketua Departemen Teknik

Elektro FT-USU dan Bapak Ir. Rahmat Fauzy, MT, selaku Sekretaris

Departemen Teknik Elektro FT-USU.

2. Bapak Ir. Raja Harahap, MT, selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas

segala bimbingan, pengarahan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas

Akhir ini.

3. Bapak Ir. Syahrawardi selaku dosen wali penulis, atas motivasi dan

bimbingannya kepada penulis selama mengikuti proses perkuliahan.

4. Seluruh Staf Pengajar di Departemen Teknik Elektro USU dan Seluruh

(5)

5. Bapak Tobok Marganda Simatupang,ST, Hefri Yuliadi, S.Pd, Drs. B.

Aritonang, ST, dan seluruh staf Departemen Listrik Pusat Pengembangan

dan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan (P4TK), yang

telah bersedia membantu penulis dalam proses pengambilan data

penelitian tugas akhir ini.

6. My Hero, orangtua terhebat yang selalu aku banggakan, Ayahanda Alm. S.

Ambarita dan Ibunda Alm. S. Sinaga di tempat terindah yang Tuhan

berikan. Terimakasih buat segala cinta dan kasih sayang yang pernah

kurasakan, yang pernah kalian berikan. Semua ini kupersembahkan buat

Bapak dan Mama.

7. Kakak terbaikku, Desti Ambarita, nyitnyit’ Nita Ambarita, dan adek pudan

Frando Ambarita, terimakasih buat segala cinta, doa, motivasi, canda dan

tawa yang kalian berikan. Kalian adalah hadiah terindah dalam hidupku.

8. My Ambar’s Family; Inang boru Simarmata, Bapauda/Inanguda Bendri,

Bapauda/Inanguda Luffi, Bapauda/Inaguda Gideon, Amangboru/Bou

Wandri, Amangboru/Bou Mely, Amangboru/Bou Canesa, Bou Pudan dan

semua sepupuku tercinta. Terimakasih untuk doa, perjuangan dan

semangat yang luar biasa, untuk cinta kasih yang tak terbatas, terutama

buat Bapauda/Inanguda Bendri.

9. Teman-teman elektro 10; Ronaldo Saragih, Daniel Sembiring, Cristover

Pasaribu, Reikson Parhusip, Satria Yuda, Enjoi Sinaga, Martua Nababan,

Edy Sembiring, Jones Milan dan teman-teman 2010 lain yang tidak dapat

(6)

10.Semua abang-kakak senior dan adik-adik junior yang telah mau berbagi

pengalaman dan motivasi kepada penulis.

11.Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, penulis

ucapkan terimakasih banyak.

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini tidak luput dari

kesalahan-kesalahan, baik dari segi tata bahasa maupun dari segi ilmiah. Untuk itu, penulis

akan menerima dengan terbuka, segala saran dan kritik yang ditujukan untuk

memperbaiki Tugas Akhir ini. Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat

bagi penulis dan pembaca.

Medan, Agustus 2016

Penulis

(7)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... xi

BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Perumusan Masalah ... 3

1.3. Tujuan ... 3

1.4. Batasan Masalah ... 4

1.5. Manfaat ... 4

BAB II.TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Motor Induksi ... 5

2.1.1. konstruksi motor induksi ... 6

2.1.2. Prinsip kerja motor induksi ... 9

2.1.3. Slip ... 10

2.1.4. Rangkaian ekivalen motor induksi ... 11

2.1.5. Daya dan rugi-rugi motor induksi ... 12

2.1.6. Efisiensi Motor Induksi ... 13

2.1.7. Desain Motor Induksi Tiga Fasa ... 17

(8)

2.2.1. Mengubah Jumlah Kutub Motor ... 19

2.2.2. Mengubah Frekuensi Jala-jala ... 19

2.2.3. Mengatur Tegangan Jala-jala ... 19

2.2.4. Pengaturan Tahanan Luar ... 20

2.3. Inverter ... 20

2.4. Pembentukan Gelombang AC Pada Inverter ... 21

BAB III. METODE PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu ... 25

3.2. Bahan dan Peralatan ... 25

3.3. Variabel yang diamati ... 26

3.4. Prosedur Penelitian ... 26

3.4.1. Percobaan Parameter – Parameter Motor Induksi Tiga Fasa ... 27

3.4.2. Percobaan Motor Induksi 3 Fasa disuplai dari Jala-jala ... 30

3.4.3. Percobaan motor induksi 3-fasa disuplai melalui inverter variable speed drive 3-fasa ... 32

3.5. Pelaksanaan Penelitian ... 34

3.5.1 Proses Pengumpulan Data ... 34

BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum ... 35

4.2. Data Percobaan ... 36

4.2.1. Percobaan Parameter – Parameter Motor Induksi 3 Fasa ... 36

4.2.2. Percobaan Motor Induksi 3 fasa Disupplai Dari Jala-jala ... 37

(9)

4.3. Analisa Data dan Perhitungan Data ... 41

4.3.1. Menghitung Nilai – Nilai Parameter Motor Induksi ... 41

4.3.2. Analisa dan Perhitungan rugi – rugi dan Efisiensi Motor induksi yang

Disuplai dari Jala – jala ... 44

4.3.3. Analisa dan Perhitungan Rugi-rugi dan Efisiensi Motor Induksi yang

Disuplai dari Inverter Variable Speed Drive (VSD) ... 48

BAB V. PENUTUP

5.1. Kesimpulan ... 71

5.2. Saran ... 72

(10)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Penampang stator dan rotor motor induksi tiga fasa ... 6

Gambar 2.2 (a) Tampilan slip ring rotor belitan (b) Motor induksi tiga fasa rotor belitan ... 8

Gambar 2.3 (a) Motor induksi tiga fasa rotor sangkar (b) Rotor sangkardan bagian-bagiannya ... 8

Gambar 2.4 Rangkaian ekivalen rotor per- fasa (i) Menyatakan persamaan 2.5 (ii) menyatakan persamaan 2.6 (iii) menyatakan persamaan 2.7 ... 11

Gambar 2.5 Rangkaian ekivalen per-fasa motor induksi dengan bagian rangkaian rotor dinyatakan terhadap sisi stator ... 12

Gambar 2.6 Kehilangan daya pada motor ... 14

Gambar 2.7 Grafik suhu vs umur isolasi (per IEEE 117 & 101) ... 16

Gambar 2.8 Grafik kecepatan vs torsi ... 17

Gambar 2.9 Inverter dengan saklar transistor ... 21

Gambar 2.10 Bentuk pulsa-pulsa trigger dan keadaan on untuk transistor (Tr1 sampai dengan Tr6) ... 23

Gambar 2.11 Bentuk tegangan keluran inverter yang terjadi (VRS, VST, VTR) ... 23

(11)

Gambar 3.2 Rangkaian percobaan beban nol ... 27

Gambar 3.3 Rangkaian percobaan rotor tertahan (hubung singkat) ... 27

Gambar 3.4 Rangkaian percobaan motor induksi tiga fasa

disupplai dari jala-jala ... 28

Gambar 3.5 Rangkaian percobaan motor induksi tiga fasa disuplai

dari inverter variable speed drive tiga fasa ... 30

Gambar 3.6 Diagram alur proses pengambilan data ... 32

Gambar 4.1 Grafik beban vs kecepatan motor induksi disuplai dari

jala-jala (50 hz) ... 45

Gambar 4.2 Grafik beban vs efisiensi motor induksi disuplai dari

jala-jala (50 Hz) ... 45

inverter variable speed drive (30 Hz) ... 49

(12)

jala-jala dan inverter variable speed drive ... 66

Gambar 4.15 Grafik frekuensi vs suhu motor induksi disuplai dari

(13)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Pengaruh ketidakseimbangan tegangan dalam motor

induksi (BEE India, 2004) ... 15

Tabel 4.1 Tabel hasil Pengukuran Tahanan Stator (Test DC) ... 34

Tabel 4.2 Tabel hasil Pengukuran Beban Nol ... 35

Tabel 4.3 Tabel hasil Pengukuran Rotor Tertahan (Hubung

Singkat)... 35

Tabel 4.4 Data hasil pengujian motor induksi disuplai dari

jala-jala (frekuensi 50 Hz) ... 36

Inverter Variable Speed Drive (VSD) untuk frekuensi

30 Hz ... 37

35 Hz ... 37

40 Hz ... 38

(14)

50 Hz ... 39

Tabel 4.10 Spesifikasi dan nilai parameter motor induksi ... 41

Tabel 4.11 Data hasil perhitungan motor induksi disuplai dari

jala-jala (frekuensi 50 Hz) ... 44

inverter variable speed drive (frekuensi 30 Hz) ... 48